Физика и космос

Электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 ИЯФ СО РАН

На электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 проводят эксперименты по физике элементарных частиц. С его помощью изучают, как электроны и позитроны сталкиваются и образуют адроны в области энергий до 2 гигаэлектронвольт в системе центра масс, с рекордной для этих энергий светимостью (производительностью).
Пучки электронов и позитронов сталкиваются в двух точках («местах встречи»). Чтобы «поймать» все интересные события, которые рождаются при их столкновении, нужны два детектора. На ВЭПП-2000 это детекторы КМД-3 и СНД: первый нужен для изучения событий, в которых рождаются заряженные частицы, второй предназначен, в первую очередь, для изучения событий, в которых рождаются гамма-кванты.
Заглянув на коллайдер, оцените его масштабы и узнайте в деталях, как он работает.
Посетить

Бункер синхротронного излучения ВЭПП-4 ИЯФ СО РАН

Институт ядерной физики – лидер по производству источников синхротронного излучения. На базе лабораторий Института работает центр коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения», где занимаются исследованиями, связанными с использованием пучков синхротронного и терагерцового излучения, создают экспериментальную аппаратуру и оборудование для таких работ, а также специализированные источники синхротронного и терагерцового излучения.

Лаборатория 8-21 обеспечивает создание и работу экспериментальных станций синхротронного излучения на ускорительном комплексе «ВЭПП-4» и проведение экспериментов с его участием. В экспериментах используют синхротронное излучение из накопителей ВЭПП-3 и ВЭПП-4М. Оно попадает на исследовательские станции, размещенные в радиационно защищенных помещениях бункера синхротронного излучения.

Загляните в бункер, чтобы узнать, как ускорители частиц помогают разрабатывать и улучшать новые методы лечения рака.
Посетить

Лаборатория 5-13 ИЯФ СО РАН по созданию линейных ускорителей

Лаборатория разрабатывает элементы линейных ускорителей, в том числе ускоряющие структуры, мощные источники СВЧ питания, источники заряженных частиц и пр. Сегодня здесь создают собственный мощный клистрон. Клистроны – это высокочастотные усилители, способные увеличивать СВЧ-сигнал с нескольких сотен ватт до десятков мегаватт. Клистроны используются при создании инжекторов коллайдеров и источников синхротронного излучения, лазеров на свободных электронах и промышленных ускорителей.

Недавно в Институте разработали измерительный стенд для будущих ускоряющих структур линейного ускорителя инжектора Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).

Разработка любого линейного ускорителя или его элементов требует не только знаний физики или математического моделирования, но также много инженерной и лабораторной работы. Необходимо постоянное сотрудничество со многими другими специалистами, начиная со специалистов в области систем питания и управления, заканчивая технологами и рабочими производства.

Посетив лабораторию, можно узнать больше о клистроне и его задачах.
Посетить

Лаборатория 9-1 ИЯФ СО РАН по исследованию поведения плазмы в магнитных ловушках

Лаборатория изучает поведение плазмы в газодинамической ловушке. Газодинамическая ловушка – магнитная система для создания и удержания плазмы. Это открытая ловушка, ее магнитная конфигурация похожа на бутылку с двумя горлышками. В отличие от других магнитных систем – токамаков, магнитное поле которых напоминает бублик, открытые ловушки гораздо проще с инженерной точки зрения, а значит, дешевле и легче в эксплуатации. Научившись удерживать плазму в таких системах, можно упростить и удешевить будущий термоядерный реактор, обеспечив человечество чистой и дешевой энергией.

Сейчас ИЯФ готовится к введению в эксплуатацию новой магнитной ловушки Компактный осесимметричный тороид (КОТ). Отличие от других – в способе удержания и стабилизации плазмы. В ловушках открытого типа, к которым относится КОТ, плазма удерживается по принципу свободного вытекания газа из сосуда через узкое горлышко.

Главная задача – увеличить время вытекания плазмы через пробку, чтобы продлить время эксперимента. Это интересная задача, существует несколько путей ее решения, и все они сложны. В новой машине плазма сама будет создавать условия, увеличивающие время удержания. Это связано с диамагнетизмом – способностью плазмы ослаблять магнитное поле, в котором она удерживается. При определенных условиях плазма полностью вытеснит наружу основное магнитное поле и как бы окажется в западне, где и будет находиться до окончания эксперимента.

Проект направлен на реализацию нового подхода для открытых систем – удержанию плазмы с предельно высоким давлением. Результаты, которые будут получены в ходе работ на экспериментальной установке, лягут в основу проекта открытой ловушки нового поколения.

Здесь, за толстыми стальными стенами, вы увидите, как строятся и совершенствуются установки, способные дать человечеству новый источник альтернативной энергии.
Посетить

Установка СМОЛА ИЯФ СО РАН

В Лаборатории 10 находится установка, которая может стать эффективнее токамаков – «сердца» первого термоядерного реактора, строящегося во Франции в рамках проекта ИТЭР по созданию доступной альтернативной энергии. В токамаках вещество удерживают при помощи плазмы в устройстве с магнитным полем в форме бублика, но такое строение считается сложным для постройки электростанции. В этой Лаборатории создали альтернативное устройство в виде прямой трубы, в которой посередине держится плазма, концы труб сильно сжаты, создавая там области с большим магнитным полем и тем самым удерживая плазму в центральной части. Сегодня сотрудники проводят разные испытания устройства, чтобы усовершенствовать его.

Изучите установку и узнайте, как она создавалась, посетив лабораторию.
Посетить

Зал электронно-лучевых технологий ИЯФ СО РАН

В зале электронно-лучевых технологий лаборатории 5-11 находится установка электронно-лучевой сварки для отработки новых технологий такого типа сварки и экспериментальный стенд для отработки и испытания прототипов новых источников электронного пучка для электронно-лучевых технологий.

Лаборатория является совместной лабораторией Института ядерной физики и Новосибирского государственного университета, поэтому здесь также работают школьники, студенты и аспиранты.

Электронно-лучевая сварка позволяет создать супергерметичный сварочный шов. В Институте с помощью этой технологии соединяют части вакуумных камер для Европейского исследовательского центра ионов и антипротонов (FAIR, Германия). Высокая скорость сварки и большая глубина провара стыка делают производительность этого типа сварки такой, что она в десятки раз превышает производительность других методов.

Специалисты Института совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН разработали новую технологию получения изделий из карбида гафния – материала с самой высокой температурой плавления. Он настолько термоустойчивый, что сможет выдержать тепловые нагрузки, возникающие при движении гиперзвуковых летательных аппаратов в плотных слоях атмосферы, а кроме того, обеспечит ускорители мощными и долговечными катодами. При классической технологии производства на получение карбида уходит несколько часов, в то время как предложенный метод применения электронного пучка позволяет получить тот же результат за несколько минут.

Электронный пучок используют в аддитивных технологиях при создании прочных материалов для разных задач. Такое изделие может меньше весить, при производстве не производит отходы, а компьютерные модели изготавливаемых деталей можно мгновенно передавать по сети на производственную площадку в любую точку мира или можно их гибко изменять в зависимости от спроса на изделие.

Посмотрите на «сердце» лаборатории – электронную пушку – и процессы, которые в ней происходят, посетив тур.
Посетить

Лаборатория 5-11 ИЯФ СО РАН по разработке новых магнитов и методик для измерения магнитного поля

Сотрудники Лаборатории проводят математическое моделирование и расчет электромагнитных элементов, как со стандартными, так и с произвольными конфигурациями магнитного поля, помогают создавать элементы от модели до готового изделия. Кроме того, ученые разрабатывают и внедряют методы электронно-лучевой сварки, методы магнитных измерений и др.

Посмотрите, что происходит в заводской части Института, где создают запчасти для огромных установок, решающих важные прикладные задачи.
Посетить

Лаборатория перспективных сцинтилляционных кристаллов ИЯФ СО РАН

Сотрудники Лаборатории разрабатывают технологию производства перспективных сцинтилляционных кристаллов. Такие кристаллы регистрируют элементарные частицы нового поколения в разных установках: от научных установок для изучения темной материи и до прикладных установок – позитронно-эмиссионная томография, системы досмотра транспорта и др.

Некоторые, ранее выращенные кристаллы Лаборатории считаются лучшими в мире и используются для изучения космоса, океана, геологических процессов и др.
Посетив лабораторию, вы увидите, как выращивают такие кристаллы.
Посетить

Лаборатория диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН

Пылевая плазма – это ионизированный газ, содержащий частицы микронных и субмикронных размеров, которые в разы тоньше человеческого волоса. Исследованием плазмы занимаются в электрофизике, астрофизике и ядерной физике. Сотрудники Лаборатории изучают пылевые структуры в газоразрядной плазме.

Загляните в лабораторию и посмотрите, как выглядят эти удивительные структуры.
Посетить

Уникальная научная установка «Сфера» ОИВТ РАН

Установка позволяет изучать процессы горения, взрыва и детонации в смесях горючих газов с воздухом в больших объемах и исследовать необычные режимы горения газовых смесей. Давления таких режимов превышают давления, возникающие при детонационных режимах. Эти режимы опасны, особенно на атомных станциях и в угольных шахтах, поэтому здесь разрабатывают способы избежать их.

Попадите в самое сердце установки, что увидеть, где происходят все эти взрывы!
Посетить

Лаборатория лазерного воздействия ОИВТ РАН

Одна миллионная одной миллиардной секунды. С такой скоростью работают лазеры в этой Лаборатории. Они позволяют довести вещества в материалах до такого состояния, какое встречается, например, на промышленных предприятиях.

Сотрудники Лаборатории разрабатывают методы диагностики предельных прочностных свойств разных материалов и технологии нанесения на поверхности разных структур, чтобы придать материалу нужные свойства. Кроме того, мощные лазеры помогают создавать новые методы для биологии и клеточной хирургии.

В последние годы здесь развивается новое направление исследований – взаимодействие фемтосекундных однопериодных импульсов дальнего инфракрасного спектра излучения с веществом. Создан уникальный, не имеющий аналогов в мире источник фемтосекундных импульсов.

Посетите лабораторию, посмотрите на эти лазеры и узнайте, как их невероятные скорости используют при создании новых материалов и методов диагностики заболеваний.
Посетить

Лаборатория теплофизических свойств материалов ОИВТ РАН

Сотрудники Лаборатории изучают ультрахолодный газ ридберговских атомов и ультрахолодную неидеальную плазму. Эти исследования связаны с бурно развивающимся направлением создания квантовых компьютеров. Кроме того, работы полезны для понимания процессов захвата антиводорода в основном состоянии на установках в Европейском Центре ядерных исследований (ЦЕРН), где находится Большой адронный коллайдер, зарытый глубоко в землю на границе Франции и Швейцарии и позволяющий поближе узнавать Вселенную.

Загляните в лабораторию и познакомьтесь со всеми лазерами, на которых ученые проводят эти уникальные исследования.
Посетить

Лаборатория энергоаккумулирующих веществ ОИВТ РАН

Сотрудники Лаборатории изучают процессы образования и диссоциации гидрата метана. Гидрат метана – это твердый раствор, где вода – растворитель, в объемную кристаллическую структуру которой внедрены молекулы метана. Свойства гидрата метана позволяют рассматривать его в качестве одного из вариантов хранения и транспортировки природного газа метана. Сегодня на рынке существуют две технологии мобильного хранения и транспортировки природного газа – сжиженный природный газ и природный газ под давлением, но у них есть минусы. Газогидраты для транспортировки природного газа могут быть использованы для освоения малых газовых месторождений или шельфовых месторождений, где есть проблемы с прокладкой труб.

Еще одним потенциальным направлением использования газовых гидратов может стать Арктика. В арктических условиях такой «газогидратный лед» может храниться годами, и по необходимости природный газ может извлекаться из него и использоваться в энергетических целях – проведение тепла и электричества.

Чтобы увидеть, как здесь идет работа и какие установки нужны для достижения поставленных учеными целей, посетите лабораторию.
Посетить

Лаборатория использования жидкометаллических и солевых теплоносителей ОИВТ РАН

Сотрудники Лаборатории изучают особенности теплообмена жидкометаллических теплоносителей и расплавов солей в энергоустановках, таких, как токамаки – установки для магнитного удержания плазмы, помогающие управлять термоядерным синтезом. Термоядерный синтез можно использовать для получения нужной человечеству энергии. Правильное представление о закономерностях течения жидкости в этих условиях способно упростить конструкцию систем охлаждения и увеличить их ресурс.

Загляните в лабораторию, чтобы увидеть то самое оборудование в действии.
Посетить

Зал основного накопителя синхротронного излучения КИСИ-Курчатов

Как и свет, рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны, только с меньшей длиной волны (на шкале спектра они находятся между ультрафиолетовым и гамма-излучением).

Синхротронное излучение — это электромагнитное излучение заряженных частиц, которые движутся в магнитном поле со скоростью, близкой к скорости света. Магнитное поле буквально «срывает» с электронов потоки фотонов — так получается синхротронное излучение. В синхротроне электроны вращаются в сверхвысоком вакууме, они не соприкасаются со стенками вакуумной камеры.

А так как длина волны синхротронного излучения, используемая в экспериментах — доли нанометра, это позволяет разглядеть внутренние детали нанообъекта, в частности, определить атомную структуру молекул, в том числе белков, различных тканей, структуру искусственно созданных нанослоев, наномембран и так далее.

До начала 1960-х годов в качестве источников рентгеновского излучения для исследования вещества использовали рентгеновские трубки. С их помощью можно «увидеть» больше, чем через микроскоп, но возможности рентгена тоже ограничены. В рентгеновской трубке нельзя бесконечно увеличивать ток или напряжение, чтобы повысить яркость, иначе она просто расплавится. Яркость же синхротронного излучения выше рентгеновского в миллионы раз. Она и позволяет просветить глубинные слои вещества — органического и неорганического.

Для того чтобы электроны могли долго циркулировать в кольце синхротрона, используют специальные устройства, называемые высокочастотными резонаторами, которые на каждом обороте восполняют у электронов потери энергии на синхротронное излучение. Можно провести аналогию с качелями: для того чтобы амплитуда колебания качелей не затухала, их необходимо регулярно толкать в нужный момент. Так и резонаторы придают новую энергию электронам на каждом новом их обороте в основном накопителе. Именно потому, что резонаторы должны давать толчок электронам в нужный момент, синхронно, накопительное кольцо называют синхротроном.

Прогуляйтесь по залу основного накопителя и узнайте, как он устроен.

Посетить

Зал инжекционного комплекса КИСИ-Курчатов

Инжекционный комплекс – источник электронов для основного накопителя-источника синхротронного излучения. Здесь получают, накапливают и ускоряют электронные пучки, чтобы перенаправить в основной накопитель.

Инжекционный комплекс состоит из электронной пушки, линейного ускорителя, бустерного синхротрона и каналов перепуска электронного пучка из линейного ускорителя в бустерный синхротрон и из бустерного синхротрона в основной накопитель.

Проследите за частицами, путешествующими по залу, посетив этот тур.

Посетить

Главная пультовая КИСИ-Курчатов

Из помещения главной пультовой управляют Курчатовским источником синхротронного излучения. Несмотря на автоматический режим работы, ключевые решения принимаются оператором в этом помещении. Кто и как управляет единственным в России специализированным источником синхротронного излучения, можно узнать во время этой экскурсии.

Посетить

Экспериментальная станция «Фаза» КИСИ-Курчатов

На экспериментальной станции «Фаза» с помощью уникального набора дифракционных и фазочувствительных методик проводят нанодиагностику различных объектов, включая приповерхностные слои, тонкие пленки, границы раздела, многослойные структуры, полупроводниковые сверхрешётки и структуры с квантовыми точками. Возможности станции позволяют исследовать процессы образования дефектов, а также изучать реальную структуру кристаллов.

Достоинства станции широко востребованы в материаловедении, микро- и наноэлектронике, рентгеновской оптике. Получение новых знаний о материалах на наноуровне позволяет оптимизировать технологические процессы формирования наносистем, управлять их свойствами и осуществлять контроль их качества.

Результаты исследований, проведенных на станции, могут быть использованы при разработке новых материалов с заданными параметрами (в том числе, композитных материалов и органо-неорганических, гибридных систем). Такие материалы могут быть базовой платформой для создания принципиально новых приборов и устройств с улучшенными характеристиками. Поэтому исследования на станции потенциально интересны для промышленности: микроэлектроники, приборостроения, металлургии, машиностроения, энергетики и космических технологий.

Посетите станцию, чтобы узнать, чем эта необычная установка отличается от других.

Посетить

Экспериментальная станция «Медиана» КИСИ-Курчатов

На экспериментальной станции «Медиана» проводят биомедицинскую и материаловедческую диагностику объектов с помощью 2D- и 3D-визуализации. На станции можно в деталях изучить внутреннюю структуру объектов размером от 10 до 50 миллиметров с разрешением, позволяющим в деталях рассмотреть структурные особенности размером до 15 микрометров (тысячных долей миллиметра).

Здесь с помощью синхротронного излучения создают 3D-картину внутреннего строения объектов, представляющих интерес как для биомедицинских, так и для социогуманитарных наук. Например, ученые проводят томографические исследования ископаемых животных, археологических артефактов, объектов культурного наследия.

Использование способов визуализации, основанных на преломлении излучения в образце (рефракционной или фазоконтрастной интроскопии), позволяет значительно снизить радиационную нагрузку на образец, что открывает дополнительные возможности проведения исследований биологических объектов в режиме in vitro.

На станции изучают воздействие лекарств на форму и объем онкологических новообразований. Исследования внутренней структуры и механических напряжений в кристаллических материалах важны при отработке технологии выращивания кристаллов, используемых в разных изделиях. Реализуемые на станции методы позволяют неразрушающим образом изучать реальную структуру кристаллических элементов в условиях их работы, не извлекая их из приборов и систем, в которых они используются.

Посмотреть на археологические находки можно, заглянув на станцию.

Посетить

Лазерный комплекс (Лаборатория сверхмощных лазеров и взаимодействия сверхсильных световых полей с веществом) КИСИ-Курчатов

Лазерный комплекс позволяет проводить эксперименты с одновременным использованием излучений уникального лазера и синхротронного пучка. Лазерная установка генерирует сверхкороткие фемтосекундные (1 фемтосекунда – одна миллионная одной миллиардной секунды) импульсы с пиковой мощностью в 200 тераватт. Для сравнения, мощность самой сильной атомной электростанции в мире – чуть меньше 10 гигаватт, это в 20 тысяч раз меньше, чем пиковая мощность лазерного комплекса. Однако, АЭС работает в непрерывном режиме, а лазер развивает такую мощность только на сверхкороткое время.

Сочетание излучений уникального петаваттного фемтосекундного лазера и синхротронного пучка дает возможность наблюдать за процессами с высоким временным разрешением. Сверхбыстрый лазерный импульс активирует определенные физические процессы, а синхротронное излучение в режиме быстрой съемки позволяет получить серию кадров с информацией о поведении атомов после начала лазерного воздействия.

Также с помощью таких импульсов можно ускорять электроны и другие частицы, а значит, комплекс может частично заменить линейный ускоритель, синхротрон или лазер на свободных электронах (которые требуют гораздо больше пространства). Так, генерация электронных и протонных пучков находит применение в современной медицине.

Пройдитесь по лаборатории и взгляните на этот невероятный комплекс.

Посетить

Экспериментальная станция «БиоМУР» КИСИ-Курчатов

Экспериментальная станция «БиоМУР» позволяет определять структуру биологических объектов в том состоянии, в котором они находятся в организме человека или животного. На станции успешно исследуются био- и синтетические полимеры, растворы белков и биологических макромолекул, фибриллярные структуры, липидные наноструктуры и наноструктуры в твердых телах. Кроме того, на станции могут проводиться уникальные исследования молекулярной и наноструктурной динамики биологических тканей под влиянием внешних электромагнитных и температурных воздействий.

Основное направление прикладных исследований, проводимых на станции, связано с биомедициной. Методы, реализованные на станции, позволяют изучать структурную организацию сложных неупорядоченных объектов и систем: молекул белка, полимеров и других, имеющих практическую значимость для медицины объектов. Методики изучения образцов в растворе открывают возможность проведения исследований биологических объектов в естественных условиях.

Чтобы больше узнать об установке и проводимых на ней исследованиях, посетите экскурсию по станции.

Посетить

Экспериментальная станция «Ленгмюр» КИСИ-Курчатов

Уникальная рентгенооптическая схема экспериментальной станции «Ленгмюр» позволяет проводить рентгеновские исследования структуры тонких пленок на поверхности жидкости. Здесь можно изучать, например, воздействие противоракового препарата на клеточную мембрану человека или процесс самосборки монослоя (слоя толщиной в один атом) молекул, имеющих перспективы применения для создания органических покрытий солнечных батарей.

Реализуемые на экспериментальной станции методы позволяют определять с точностью до тысячных долей ангстрема профиль распределения атомов по глубине структуры, кристаллическую структуру двумерных систем, химический состав приповерхностных слоев. Это делает станцию востребованной среди научных групп, исследующих процессы самоорганизации низкоразмерных наносистем, и групп, разрабатывающих новые способы адресной доставки лекарств в организм.

Поверхностно-чувствительные рентгеновские методики, реализуемые на станции, позволяют получать информацию об элементном составе и структурной организации динамичных двумерных объектов, что необходимо при разработке новых гибридных систем для наноэлектроники, энергетики, устройств искусственного интеллекта и при биомедицинских исследованиях.

Посетив тур, вы сможете взглянуть на установку и послушать, какие исследования проводят на ней ученые из разных городов страны.



Посетить

Экспериментальная станция «РСА» КИСИ-Курчатов

Экспериментальная станция «РСА» (рентгеноструктурного анализа) – уникальная синхротронная станция, позволяющая проводить эксперименты по структурной диагностике кристаллических образцов с помощью монокристальной и порошковой рентгеновской дифракции. По сути, в результате эксперимента на этой станции получает с высоким разрешением трехмерную картинку распределения атомов в кристаллическом материале любой природы, будь то перспективный материал для микроэлектроники или человеческий белок. Использование синхротронного излучения для проведения такого типа экспериментов позволяет получать структурные данные высокого качества за кратчайшее время.

На станции ежедневно проводят большое количество экспериментов по определению 3D атомной структуры и фазового состава различных веществ. Использование дифракционных методик позволяет проводить исследования образцов из таких областей науки и техники как структурная химия, биология, физика магнитных и сверхпроводящих материалов, экология, археология, объекты культурного наследия, материалы для водородной энергетики.

Послушайте почти детективные истории об исследовании разных материалов, зайдя на эту станцию.



Посетить

Экспериментальная станция «НаноФЭС» КИСИ-Курчатов

На экспериментальной станции фотоэлектронной спектроскопии «НаноФЭС» исследуют электронную структуру вещества. Анализируя спектры фотоэлектронов, выбиваемых из образца пучком синхротронного излучения, можно определить, в каком состоянии эти электроны находились в исследуемом объекте и, как следствие, структуру электронных уровней атомов, из которых состоит образец.

Именно электронная структура окружающих нас предметов определяет все их свойства: цвет, твердость, химическая активность, электрическая проводимость и т.п. Знание об электронной структуре позволяет лучше понять природу тех или иных свойств вещества, разработать пути направленного изменения этих свойств, а также создавать новые объекты и системы с уникальными характеристиками.

Ученые фокусируют внимание на исследовании наноразмерных объектов, применяемых в микроэлектронике, каталитической химии и совместимых с организмом системах. С какими интересными образцами работают ученые, узнайте в этом туре.



Посетить

Экспериментальная станция «Микрофокус» КИСИ-Курчатов

На экспериментальной станции «Микрофокус» исследуют внутреннюю структуру объектов на микроуровне с помощью фокусировки рентгеновского излучения до микронных и субмикронных размеров. Объектами исследований являются произведения искусства, объекты культурного наследия, твердотельные образцы минералогического, геологического и археологического происхождения. На станции может проводиться аттестация различных элементов и схем фокусирующей рентгеновской оптики.

Результаты исследований востребованы в атомной промышленности (томография частиц топлива), микроэлектронике (томография микросхем с субмикронным разрешением, исследования остаточных напряжений чипов), биомедицине (такие слабоконтрастированные образцы как мозг), а также в области гуманитарных наук (изучение состава старинных картин, скульптур, керамики, петроглифов).

Вместе с сотрудником пройдитесь по станции, чтобы познакомиться с его работой.



Посетить